边坡弹性模量位移反分析及其工程应用论文

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1、边坡弹性模量位移反分析及其工程应用论文摘要：本文建立了边坡弹性模量位移反分析模型，提出了实用反分析优化算法，并结合三峡船闸高边坡位移反分析实例，对上述模型和算法进行了验证.关键词：边坡弹性模量位移反分析水坝、基坑、边坡等的位移反分析研究至到近年才开始受到关注和重视［1，2］.这些地表工程存在如下特点：(1)工程规模一般较大，涉及的介质较多；(2)初始地应力场受地形、介质等的影响较大；(3)施工周期长，时效因素较为显著；(4)监测与施工很难同步进行.由于这些因素的影响，地表工程需要建立自己的反分析模型.freelinf(

2、β2,.freelinf(E1,E2,...,En)(9)约束条件(10)βi0.(i=2,...,n)(11)βi求出后，各介质弹模计算如下E1=E10/λ,Ei=βiE1.(i=2,...,n)(12)1.2优化算法多介质位移反分析的目标函数一般存在多个极小值，使用单纯形法，Poinf(2,3...i-1,βi...βn),(13)目标函数式(9)可写成G(β2)=minf(β2,β3...βn).(14)式(14)形式上变成了单一变量β2的优化问题.G(β2)的优化过程需要调用G(β3)，相应地G(β3)的优化过

3、程需要调用G(β4)，依次类推，多变量优化问题被转换为一系列的单变量优化问题.算法的具体实施过程参阅文献［3］.2工程应用三峡永久船闸高边坡的岩性较为单一，坡体主要由闪云斜长花岗岩构成，反分析工作根据其风化程度的差异划分为3种介质：强风化花岗岩、弱风化花岗岩和微风化花岗岩.图1为船闸的某代表性剖面.根据施工和监测情况，开挖过程从计算角度划分为3个阶段，反分析依据的位移资料为第二阶段开挖引起的水平方向位移增量.ZK1为钻孔倾斜仪位移观测孔，穿越3种介质，因此观测位移值具有代表性.为了求出合理的反分析结果，观测位移曲线进行

4、了如下两个方面的修正，其一是曲线拟合；其二是将钻孔ZK1的相对位移曲线，借助孔口监测点P2的绝对位移监测值转换为绝对位移曲线.位移曲线选用三次多项式拟合，考虑到强风化层部分位移曲线呈现出较强的时间效应，拟合仅针对弱风化层和微风化层部分位移曲线进行(即局部拟合)，强风化层部分拟合曲线为外推结果.图1反分析计算剖面图2为反分析计算网格，797个节点，748个单元.初始地应力场使用在右测边界上施加水平应力的方法计算.根据文献［4］的地应力实测资料回归结果，水平地应力呈梯形分布，P上=-4.398MPa,P下=-8.661MP

5、a.弹性模量反分析结果如下：微风化花岗岩24865MPa,弱风化花岗岩5496MPa,强风化花岗岩434MPa.图3比较了计算位移曲线、实测位移曲线和拟合位移曲线.除强风化层外，计算位移曲线十分逼近实测位移曲线，计算位移曲线对拟合位移曲线的逼近效果更好.参看图1，P1点是另一地表监测点，该点在第二步开挖期间的实测水平位移增量为6.39mm，反分析的计算位移增量为5.23mm.考虑P1点位于强风化层上，时效因素较为显著，上述反分析结果是合理的.为了进一步验证反分析结果，表1列出了各种位移曲线拟合方式的弹模反分析值，以及根

6、据试验结果所取的弹模值［5］.曲线拟合方式对弹模反分析结果影响较小，反分析弹模值均小于试验取值.图2反分析计算网格图3计算位移曲线，实测位移曲线和拟合位移曲线表1曲线拟合方式对弹模反分析值的影响介质局部曲线拟合反演弹模/MPa整体曲线拟合反演弹模/MPa试验取值一次多项式二次多项式三次多项式一次多项式二次多项式三次多项式微风化花岗岩24313241852486522923230542283135000弱风化花岗岩57755904549652436042605110000强风化花岗岩4244224344004023985

7、003结束语本文建立的边坡弹性模量位移反分析模型及提出的实用优化算法，通过三峡船闸高边坡位移反分析实例验证了其工程实用性.本文建立的反分析优化算法的计算工作量为(t为单变量优化计算时间，n为优化变量数)，因此不适用于变量数较多的优化问题.致谢本文的位移监测数据由长江科学院监测所提供，在此对李迪主任，刘祥生、朱红五副所长，马水三、廖勇龙工程师表示感谢.